油茶內(nèi)生拮抗細(xì)菌Y13的定殖能力及其對土著細(xì)菌的影響

王瑞芹 周國英 劉君昂 李冬琴 孟慶敏

（中南林業(yè)科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410004）

油茶內(nèi)生拮抗細(xì)菌Y13的定殖能力及其對土著細(xì)菌的影響

王瑞芹 周國英 劉君昂 李冬琴 孟慶敏

（中南林業(yè)科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410004）

采用抗利福平標(biāo)記法，定期取樣、平板稀釋法回收等方法，檢測拮抗菌株Y13在油茶葉片內(nèi)的定殖能力；以平板培養(yǎng)及16S rDNA法分析菌株Y13對油茶葉片內(nèi)土著細(xì)菌種群的影響，為油茶炭疽病的生態(tài)治理提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，菌株Y13在油茶健株和病株葉內(nèi)均能穩(wěn)定定殖，接種30 d時(shí)仍分別能檢測到6.60×103CFU/g和3.56×103CFU /g的標(biāo)記菌株；油茶葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌主要屬于5個(gè)屬的7個(gè)已知種，分別為芽孢桿菌屬（Bacillus）、賴氨酸芽孢桿菌屬（Lysinibacillus）、克雷伯菌屬（Klebsiella）、鞘氨醇菌屬（Sphingomonas）和假單胞菌屬（Pseudomonas），以芽孢桿菌屬和賴氨酸芽孢桿菌屬為優(yōu)勢屬。菌株Y13對不同處理油茶葉片內(nèi)的群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量有明顯的影響，能促進(jìn)土著細(xì)菌群體的多樣性，同時(shí)能夠顯著提高油茶葉片內(nèi)的枯草芽孢桿菌數(shù)量，有利于抑制油茶炭疽病病原菌的增長。

油茶炭疽病 內(nèi)生拮抗細(xì)菌 定殖 土著細(xì)菌

油茶炭疽病（Colletotrichum gloeosporioides）是油茶的主要病害，在我國油茶產(chǎn)區(qū)普遍發(fā)生，引起嚴(yán)重落果、落蕾、落葉、枝枯，甚至整株衰亡，嚴(yán)重制約了油茶的產(chǎn)量［1］。目前，對炭疽病的防治主要以化學(xué)防治為主，但大量化學(xué)藥劑的使用對人畜產(chǎn)生一定的毒害且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)會導(dǎo)致病原菌抗藥性的產(chǎn)生。國內(nèi)外已有不少關(guān)于利用內(nèi)生細(xì)菌來防治植物病害的報(bào)道［2-6］。馬英元等［7］利用內(nèi)生拮抗細(xì)菌Mg15來防治甜瓜白粉病，防治效果顯著；美國Agraquest公司［8］將生防菌株枯草

芽胞桿菌QST713制成生物農(nóng)藥，可以用于防治多種植物病害，是一種廣譜生物殺菌劑。因此，利用植物內(nèi)生細(xì)菌防治植物病害已成為研究的熱點(diǎn)。

拮抗細(xì)菌Y13是從健康的油茶葉上分離篩選得到的一株對油茶炭疽病具有良好防治效果的內(nèi)生細(xì)菌，經(jīng)鑒定該菌株為Bacillus subtilis［9］。本文主要研究Y13菌株在油茶健株和病株葉內(nèi)的定殖，以及對土著細(xì)菌群體影響，了解內(nèi)生拮抗細(xì)菌Y13、土著細(xì)菌以及油茶炭疽病原菌三者之間的相互作用，為油茶病害高效生防菌劑的開發(fā)與應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試菌株 油茶炭疽病病原菌：油茶膠孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides），為中南林業(yè)科技大學(xué)森林保護(hù)實(shí)驗(yàn)室分離保存；Y13菌株和Y13R突變菌株：Y13菌株經(jīng)鑒定為枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis），為中南林業(yè)科技大學(xué)森林保護(hù)實(shí)驗(yàn)室分離保存；Y13R菌株是利福平（Rifampicin）300 μg/mL的抗性突變體，該突變體在培養(yǎng)性狀和對油茶炭疽病菌的抑菌效果與Y13菌株是一致的［10］。

1.1.2 供試作物及品種 油茶：1年生健康油茶，品種為湘林1號。

1.2 方法

1.2.1 接種體的制備 Y13R懸浮液：取保存于4℃的Y13R菌株，在含利福平濃度為300 μg/mL NA抗性平板上活化，取單菌落接種于NB液體培養(yǎng)基中，30℃過夜培養(yǎng)24 h，再以5% 接種量轉(zhuǎn)接于NB培養(yǎng)液中，30℃、180 r/min 震蕩培養(yǎng)72 h，離心后收集菌體，用無菌水稀釋至濃度為109CFU/mL。

油茶炭疽病原菌孢子懸浮液：將含0.1%吐溫-80的無菌水注入長滿油茶炭疽病原菌的PDA平板中，沖洗病原菌孢子，用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)后稀釋成孢子數(shù)為106個(gè)/mL的懸浮液。

1.2.2 油茶苗接種處理試驗(yàn) 試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：H1為油茶健株對照（噴無菌水）；H2為油茶病株對照（僅接種油茶炭疽病病原菌）；H3為接種Y13R菌液的油茶健株（僅接種Y13R懸浮液）；H4為接種Y13R菌液的油茶病株（同時(shí)接種油茶炭疽病病原菌和Y13R菌液）。接種采用刺傷葉片法，用無菌針頭刺傷油茶苗葉片，然后分別將Y13R懸浮液和油茶炭疽病原菌孢子懸浮液噴到不同處理的油茶刺傷葉片上，接種用量均為10 mL/株，然后進(jìn)行套袋保濕24 h。每處理10株油茶苗，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共120株。自接種第2天開始，每天噴水1-2次，直至試驗(yàn)全部結(jié)束。

1.2.3 取樣和回收方法 分別于接種后3、6、10、15、20和30 d進(jìn)行取樣。細(xì)菌的回收采用平板梯度稀釋法。剪取不同處理接種的油茶植株葉片約0.5 g，沖洗干凈，將樣品剪成小的組織塊，放入75%酒精浸30 s，再用3%次氯酸鈉消毒2-3 min，用無菌水沖洗4次，取最后一次沖洗液0.1 mL均勻涂布于NA培養(yǎng)基，觀察有無菌落產(chǎn)生，檢驗(yàn)葉片表面是否滅菌徹底。然后將表面滅菌徹底的組織塊放入已滅菌的研缽中，加入少量滅菌的石英砂，再加入5 mL PBS緩沖液（NaCl 8 g，KCl 0.2 g，Na2HPO41.44 g，KH2PO40. 24 g，蒸餾水1 000 mL），研磨成勻漿，用PBS緩沖液進(jìn)行梯度稀釋。為回收Y13R菌株，取0.2 mL稀釋液涂布于含利福平濃度為300 μg/mL 的NA培養(yǎng)基上，同時(shí)使用不含任何抗生素的NA培養(yǎng)基分離樣品中的土著細(xì)菌。每個(gè)稀釋液設(shè)3個(gè)重復(fù)，28℃下培養(yǎng)36 h，然后進(jìn)行平板計(jì)數(shù)。

1.2.4 油茶內(nèi)生細(xì)菌的分離純化與保存 根據(jù)土著細(xì)菌菌落形態(tài)特征和鏡檢菌體形態(tài)，對土著細(xì)菌進(jìn)行初步分類，然后挑取有差異的代表性菌株，在NA平板上劃線分離、純化，4℃貯藏備用。

1.2.5 油茶內(nèi)生細(xì)菌的分子鑒定 將純化好的菌株接種于牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)液中，30℃，180 r/min震蕩培養(yǎng)24 h。按照細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒（DP-302）操作說明提取菌株基因組DNA。細(xì)菌16S rDNA序列擴(kuò)增方法：選取細(xì)菌通用引物，27F：5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3'，1492R：5'-TACGGCTACCTTGTTACGACTT-3'，擴(kuò)增細(xì)菌的16S rDNA保守序列。總PCR反應(yīng)體系為25 μL：模板1 μL，引物27F 1 μL，引物1492R 1 μL，2×PCR master mix 12.5 μL，ddH2O 9.5 μL。PCR反應(yīng)條件：94℃預(yù)變性5 min，94℃變性1 min，55℃退火30 s，72℃延伸1 min，30個(gè)循環(huán)，最后72℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測，將PCR產(chǎn)物陽性結(jié)果的樣品送至上海博尚生物技術(shù)有線公司

測序。測序結(jié)果在GenBank中進(jìn)行同源性比對。

1.2.6 優(yōu)勢菌種的確定 根據(jù)微生物鑒定和計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算各種土著細(xì)菌的相對分離頻率，若相對分離頻率大于10%，則確定該菌株為優(yōu)勢菌。

某菌株相對分離頻率（%）=某菌株的菌落數(shù)/分離的微生物總菌落數(shù)×100%

2 結(jié)果

2.1 拮抗細(xì)菌Y13R在油茶健株和油茶病株葉內(nèi)的定殖動態(tài)

采用刺傷葉片法，均能從接種Y13R的油茶健株（H3）和油茶病株（H4）葉片內(nèi)回收到標(biāo)記菌株，而對照組未檢測到標(biāo)記菌株，說明標(biāo)記菌株Y13R能在油茶葉片內(nèi)定殖。標(biāo)記菌株Y13R在油茶健株和油茶病株葉片內(nèi)的定殖動態(tài)如表1所示。

表1 標(biāo)記菌株Y13在油茶葉片內(nèi)的定殖動態(tài)（CFU/g）

菌株Y13R在油茶健株葉片內(nèi)的定殖動態(tài)，如表1所示。接種3 d后，菌株Y13R在油茶健株葉片內(nèi)的定殖密度為5.15×104CFU/g，是同時(shí)期菌株Y13R在油茶病株上的29.94倍，差異達(dá)到顯著性水平（P＜0.05）；之后迅速減少，到接種第10 d時(shí)，定殖密度最小為2.43×103CFU /g，之后逐漸上升，接種20 d后，定殖密度為8.65×103CFU /g，之后趨于平衡，接種30 d時(shí)仍能檢測到6.60×103CFU /g的標(biāo)記菌株。

菌株Y13R在油茶病株葉片內(nèi)的定殖動態(tài)如表1所示。接種3 d后，菌株Y13R在油茶病株葉片內(nèi)的定殖密度為1.72×103CFU/g，接種6 d后，菌株Y13R定殖密度比油茶健株高，為8.68×103CFU/g，接種15 d后，達(dá)到最大值1.61×104CFU/g，之后逐漸下降，接種20 d后，定殖密度為4.69×103CFU/g，之后趨于平衡，接種30 d時(shí)仍能檢測到3.56×103CFU /g的標(biāo)記菌株。以上表明標(biāo)記菌株Y13R在油茶葉片內(nèi)的定殖能力強(qiáng)，定殖時(shí)間長達(dá)30 d以上。

2.2 拮抗細(xì)菌Y13對油茶葉片內(nèi)細(xì)菌菌群的影響

2.2.1 菌株Y13對不同處理油茶葉片內(nèi)總的細(xì)菌群體數(shù)量分析 不同處理的油茶葉片內(nèi)總的細(xì)菌群體數(shù)量差異較大，見圖1。從圖1中可以看出，油茶健株（H1）葉片內(nèi)總內(nèi)生細(xì)菌數(shù)量波動較小，平均值為3.99×103CFU/g。接種油茶炭疽病病原菌后，油茶病株（H2）葉片內(nèi)細(xì)菌群體數(shù)量高于油茶健株，相差1.12-26.68倍。

接種菌株Y13R的油茶健株（H3）葉片內(nèi)總細(xì)菌群體數(shù)量高于油茶健株對照，相差1.33-19.15倍；接種3 d后，接種菌株Y13R的油茶病株（H4）葉片內(nèi)總細(xì)菌群體數(shù)量為8.10×104CFU/g，是油茶病株對照的2.63倍，之后總細(xì)菌群體數(shù)量逐漸降低，到接種20 d時(shí)，接種菌株Y13R的油茶病株（H4）葉片內(nèi)總細(xì)菌群體數(shù)量達(dá)到最大值為9.84×104CFU /g，是油茶病株對照的2.39倍。以上表明不同處理的油茶葉片內(nèi)總的細(xì)菌群體數(shù)量差異較大，菌株Y13能夠提高油茶葉片內(nèi)總細(xì)菌群體數(shù)量。

圖1 不同處理油茶葉片內(nèi)總內(nèi)生細(xì)菌數(shù)量變化

2.2.2 菌株Y13對油茶葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌類群分析 對油茶葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌的16S rDNA 序

列相似性進(jìn)行比對分析，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)果見表2。從分析結(jié)果看，不同處理油茶葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌主要屬于5個(gè)屬的7個(gè)已知種，分別為芽孢桿菌屬（Bacillus）、賴氨酸芽孢桿菌屬（Lysinibacillus）、克雷伯菌屬（Klebsiella）、鞘氨醇菌屬（Sphingomonas）和假單胞菌屬（Pseudomonas），以芽孢桿菌屬和賴氨酸芽孢桿菌屬為優(yōu)勢屬。

表2 油茶可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌 16S rDNA 序列相似性分析

由圖2可知，油茶健株（H1）可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌主要屬于3個(gè)已知屬，其中芽孢桿菌屬細(xì)菌最多，占81.85%，為優(yōu)勢屬，包含4個(gè)已知種，其次是賴氨酸芽孢桿菌屬，占16.91%，為優(yōu)勢屬，包含1個(gè)已知種，最少的為鞘氨醇芽孢桿菌屬，僅占1.25%；油茶病株（H2）葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌與油茶健株（H1）有3種共有的已知屬，克雷伯菌屬為油茶病株（H2）所特有的屬，占17.71%，為其優(yōu)勢屬；接種Y13R的油茶健株（H3）與油茶健株（H1）有3種共有的已知屬，其中芽孢桿菌屬細(xì)菌最多，占77.17%，為優(yōu)勢屬，包含5個(gè)已知種，其次是賴氨酸芽孢桿菌屬，占19.43%，為優(yōu)勢屬，包含1個(gè)已知種，最少的也為鞘氨醇芽孢桿菌屬，僅占3.42%；接種Y13R的油茶病株（H4）葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌主要屬于5個(gè)已知屬，以芽孢桿菌屬和賴氨酸芽孢桿菌屬居多，分別占71.20%和18.46%，為優(yōu)勢屬；以上表明菌株Y13對油茶葉片內(nèi)的群落結(jié)構(gòu)有明顯的影響，促進(jìn)了土著細(xì)菌群體的多樣性。

圖2 不同處理油茶葉片內(nèi)生細(xì)菌類群組成及相對分離頻率

2.2.3 菌株Y13對油茶葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌數(shù)量分析 由表3可知，不同處理下的油茶葉片內(nèi)優(yōu)勢類群的數(shù)量有較大差異。油茶健株（H1）內(nèi)的優(yōu)勢類群數(shù)量波動不大；接種油茶炭疽病病原菌3 d后，枯草芽孢桿菌的數(shù)量急劇升高，為2.62×104CFU/g，是油茶健株（H1）的77.12倍，隨著炭疽病原菌的對油茶的侵染，枯草芽孢桿菌的數(shù)量逐漸降低，到接種15 d時(shí)，出現(xiàn)第2個(gè)高峰，數(shù)量為1.38×104CFU/g，之后迅速降低，到接種30 d時(shí)，僅為340 CFU/g；肺炎克雷伯菌為油茶病株（H2）接種后期所特有，數(shù)量為2.82×104CFU/g和3.62× 103CFU/g。

接種Y13R之后的油茶健株（H3）和油茶病株（H4）葉片內(nèi)的優(yōu)勢類群數(shù)量都發(fā)生了變化，其中油茶健株（H3）葉片內(nèi)枯草芽孢桿菌的數(shù)量變化幅度較大，是油茶健株對照（H1）的4.41-54.59倍；接種Y13R的油茶病株（H4）葉片內(nèi)枯草芽孢桿菌的數(shù)量是油茶病株對照（H2）的3.37-82.82倍；以上表明菌株Y13的接入能夠顯著提高油茶葉片內(nèi)的枯草芽孢桿菌數(shù)量，有利于抑制油茶炭疽病病原菌的增長。

3 討論

拮抗菌能否在植物體內(nèi)有效定殖是防病的一個(gè)重要因素［8］。本研究表明標(biāo)記菌株Y13R能在油茶

葉片內(nèi)定殖，并且在油茶健株和病株上的定殖特性表現(xiàn)的有所不同。標(biāo)記菌株Y13R在油茶健株和油茶病株葉片內(nèi)的定殖時(shí)間可長達(dá)30 d以上，定殖能力強(qiáng)。接種6至15 d時(shí)，標(biāo)記菌株Y13R在油茶病株葉片內(nèi)的定殖密度逐漸比健株高，這可能是由于標(biāo)記菌株Y13R與油茶炭疽病原菌競爭生態(tài)位點(diǎn)和營養(yǎng)物質(zhì)，標(biāo)記菌株Y13R更有競爭優(yōu)勢，接種20至30 d后，油茶病株上炭疽病斑開始出現(xiàn)，土著細(xì)菌群體數(shù)量迅速增長，使得拮抗細(xì)菌Y13R處于不利的競爭狀態(tài)，因此可能使得標(biāo)記菌株Y13R在油茶病株葉片內(nèi)的定殖密度低于健株。同樣，Bacon研究也表明，從玉米中分離出的內(nèi)生枯草芽孢桿菌與玉米病原真菌串珠鐮孢有相同的生態(tài)位點(diǎn)，該菌能在玉米體內(nèi)迅速定殖和繁殖，可有效降低該病原真菌及其毒素的積累［9］。李湘民等［10］研究了Pf7-14和B5423-R在水稻健株和感染紋枯病菌Rhizoctonia solani水稻病株上的定殖以及對土著細(xì)菌群體的影響，結(jié)果表明在水稻病斑上B5423比Pf7-14具有更強(qiáng)的競爭能力；同時(shí)也表明引入的拮抗細(xì)菌同土著細(xì)菌群體在營養(yǎng)和空間上競爭激烈，且土著細(xì)菌群體更具有競爭優(yōu)勢。

表3 不同處理油茶葉片內(nèi)優(yōu)勢類群的數(shù)量變化（103CFU/g）

油茶健株葉片上的細(xì)菌優(yōu)勢種群為Bacillus subtilis、Lysinibacillus sphaericus和Bacillus cereus。與接種油茶炭疽病原菌的油茶病株相比，油茶病株葉片上增加了Klebsiella pneumoniae，其平均相對分離頻率為17.17%；接種后期，具有抗菌活性的菌株Bacillus subtilis，在接種Y13菌株的油茶病株（H4）葉片上的數(shù)量顯著高于油茶病株（H2）。在這期間，拮抗細(xì)菌Y13可能占據(jù)有利于營養(yǎng)和空間競爭的生態(tài)位點(diǎn)，并抑制油茶炭疽病原菌的增長。

本實(shí)驗(yàn)室對內(nèi)生拮抗細(xì)菌Y13在油茶葉片上的定殖能力及對土著細(xì)菌的影響進(jìn)行了研究，為油茶高效生防菌劑的開發(fā)與應(yīng)用提供理論依據(jù)。此外，關(guān)于Y13菌株定殖與油茶植株、油茶植株體內(nèi)微生物群落及油茶炭疽病菌之間的多元交互作用還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

內(nèi)生拮抗菌株Y13能夠在油茶健株和病株葉片內(nèi)穩(wěn)定定殖，接種30 d后仍分別能檢測到6.60×103CFU/g和3.56×103CFU/g的標(biāo)記菌株；油茶葉片內(nèi)可培養(yǎng)內(nèi)生細(xì)菌主要屬于5個(gè)屬的7個(gè)已知種，分別為芽孢桿菌屬（Bacillus）、賴氨酸芽孢桿菌屬（Lysinibacillus）、克雷伯菌屬（Klebsiella）、鞘氨醇菌屬（Sphingomonas）和假單胞菌屬（Pseudomonas），以芽孢桿菌屬和賴氨酸芽孢桿菌屬為優(yōu)勢屬。菌株

Y13對油茶健株和病株葉片內(nèi)的群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量有明顯的影響，能促進(jìn)土著細(xì)菌群體的多樣性，同時(shí)能夠顯著提高油茶葉片內(nèi)的枯草芽孢桿菌數(shù)量，有利于抑制油茶炭疽病病原菌的增長。

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（責(zé)任編輯 李楠）

Colonization of Bacillus subtilis Y13 in Camellia oleifera Leaves and Its Effect on Native Bacteria

Wang Ruiqin Zhou Guoying Liu Junang Li Dongqin Meng Qingmin
（Key Laboratory of the Ministry of Education for Non-timber Product Forest Silviculture and Protection，Central South University of Forestry &Technology，Changsha 410004）

The colonization capacity of strain Y13 in the Camellia oleifera, was investigated by marking with rifampicin, periodical sampling, and recovering bacteria through diluting-plate method, as well as the effects of Y13 on native bacterial population were also studied by diluting-plate and 16S rDNA methods, which would provide a basis for ecological control of camellia anthracnose. The results showed strain Y13Rdisplayed good colonization in camellia oleifera, 30 days after inoculation, 6.60×103CFU/g and 3.56×103CFU/g strains Y13Rcould be detected in healthy and diseased leaves, respectively. Endophytic bacteria isolated from Camellia oleifera belong to 5 genera of 7 species, Bacillus, Lysinibacillus, Klebsiella, Sphingomonas and Pseudomonas, Bacillus and Lysinibacillus was the most prevalent genera. The group and amount of predominant species had evident distinction in healthy and diseased leaves. The diversities of bacteria in the Camellia oleifera leveas were improved by Y13 treatment and suppressed the pathogen propagation.

Camellia anthracnose Endophytic antagonistic bacteria Colonization Native bacteria

2013-10-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31170598）

王瑞芹，女，碩士研究生，研究方向：應(yīng)用微生物；E-mail：wrqzps@163.com

劉君昂，男，教授，博士，研究方向：森林保護(hù)；E-mail：kjc9620@163.com